TWI405419B - Powerline network system with data relay function - Google Patents

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具數據中繼功能的電力線網路系統
本發明係關於一種電力線網路系統，尤指一種能確保資料傳送正確性的電力線網路系統。
電力線網路通訊藉由既有佈好的電力線作為資料傳送的網路媒介，而不必另外佈設網路線，因此電力線網路的發展有助於大範圍，且非電腦型式之網路節點的相關應用進。
目前許多室內外的電氣產品均朝向電腦化發展趨勢加以設計，以增添更多功能提供使用的方便性，因此配合目前電力線網路技術，則能對該些電氣產品更容易地進行遠端監視或監控行為。舉例來說，如內建有電力監視功能的LED路燈、具有自動讀錶功能的電錶或資訊家電等。
然而，電力線網路雖可提供遠端監視或監控功能，但利用既有電力線進行監視或監控數據的傳輸，容易受到雜訊干擾，而且一旦遠端與待監視本地端距離相差太遠，則其中有用的數據訊號強度即容易衰減，造成不正確資料誤讀的缺點。
因此目前已有一種類比式中繼裝置，主要於電力線的適當長度串接該類比式中繼裝置，由於中繼裝置將電力訊號中的數據訊號予以放大，以確保本地及遠端透過電力線進行數據傳輸的數據正確性。然而，類比式中繼裝置必須將數據訊號予以放大，故必須串接於電力線上，然而於既有電力線串接任何裝置都是耗工且費時的程序，而且應用於大功率電力線區域更必須使用高功率的電子元件，增加整個製作成本，因此對於確保電力線數據傳輸可靠度如何提升仍有待進一步提出有效解決方式。
本發明主要目的係提供一種具數據中繼功能的電力線網路系統，能確保資料傳送正確性，提高通訊的可靠度。
欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該電力線網路系統係包含有複數電力監控區域及至少一中繼裝置；其中複數電力監控區域係以電力線加以連接，以提供工作電力。又，各電力監控區域包含有至少一電力監控裝置，而各中繼裝置則連接於兩相鄰的電力監控區域，即與兩相鄰的電力監控區域中的各電監控裝置係透電力線相互連接；其中：上述第一中繼單元係透過電力線連接相鄰電力監控區域之其中一電力監控區域的至少一電力監控裝置，以將該至少一電力監控裝置傳送至電力線上的數據資料擷取出來後輸出，又該第一中繼單元接收第二中繼單元傳來的數據資料，經放大後以第一載波頻帶加以調變傳送至電力線上；上述第二中繼單元係與第一中繼單元連線以收發數據資料，又該第二中繼單元透過電力線連接相鄰電力監控區域的其中一電力監控區域的至少一電力監控裝置，以將該至少一電力監控裝置傳送至電力線上的數據資料擷取出來後輸出至第一中繼單元，又該第二中繼單元接收第一中繼單元傳來的數據資料，經放大後以第二載波頻帶加以調變傳送至電力線上，該第一及第二載頻波並不相同。
上述本發明中繼裝置係利用二組不同調變頻帶的第一及第二中繼單元，以將其各自鄰近電力監控區的各電力監控點所發出的電力線訊號之數據資料予以擷取出，再由另一組中繼單元接收後調變為第二頻帶後傳送至另一電力監控區的電力線上，因此中繼裝置不必串接於電力線上；如此一來，不僅能確保數據資料傳送不因傳送距離過長而產生誤讀的問題，更能確保相鄰不同電力監控區的訊號不會相互干擾。
請參閱第一圖所示，係為本發明電力線網路系統的系統架構圖，其包含有複數電力監控區域(10)(10’)及至少一中繼裝置(30)；其中複數電力監控區域(10)(10’)係以電力線網路(11)加以連接，以提供工作電力。又，各電力監控區域(10)(10’)包含有至少一電力監控裝置(20)，而各中繼裝置(30)則連接於兩相鄰的電力監控區域(10)(10’)，即與兩相鄰的電力監控區域(10)(10’)中的各電監控裝置(20)係透電力線(111)相互連接。
請配合參閱第二圖及第三圖所示，係為本發明電力線網路系統應用於路燈(40)電力管理的一較佳實施例，其中各中繼裝置(30)包含有第一及第二中繼單元(31)(32)。
上述第一中繼單元(31)係透過電力線(111)連接相鄰電力監控區域(10)(10’)之其中一電力監控區域(10)的至少一電力監控裝置(20)，以將該至少一電力監控裝置(20)傳送至電力線(111)上的數據資料擷取出來，又該第一中繼單元(31)接收第二中繼單元(32)傳來的數據資料，經放大後以第一載波頻帶(Frequency Band A;FBA)加以調變傳送至電力線(111)上。
上述第二中繼單元(32)係與第一中繼單元(31)連線以收發數據資料，又該第二中繼單元(32)透過電力線(111)連接相鄰電力監控區域(10)(10’)的其中一電力監控區域(10’)的至少一電力監控裝置(20)，以將該至少一電力監控裝置(20)傳送至電力線(111)上的數據資料擷取出來後輸出至第一中繼單元(31)，又該第二中繼單元(32)接收第一中繼單元(31)傳來的數據資料，經放大後以第二載波頻帶(Frequency Band B;FAB)加以調變傳送至電力線(111)上，該第一及第二載波頻帶並不相同。舉例來說，第一頻帶可為60-90kHz，其中60及70kHz用作調變接收頻率，而80及90kHz作為傳送頻率，反之亦可；又第二頻帶可為110-140kHz，其中110及140kHz用作調變接收頻率，而130及140kHz作為傳送頻率，反之亦可；是以，當兩相鄰電力監控區域(10)(10’)的兩監控裝置(20)進行雙向通訊時，其電力線上即包含有四組不同頻率數據訊號，將訊號干擾狀態降至最低。
上述第一及第二中繼單元(31)(32)分別包含有：一變壓器(33)，係用以耦合連接至該電力線(111)；一數位信號處理器(34)，其輸入端係透過二第一濾波器(341)電連接至該變壓器(33)，以接收來自電力線(111)之二組不同調變頻率的外部數據訊號，又該數位信號處理器(34)的輸出端係透過二第二濾波器(342)及一功率放大器(343)連接至該變壓器(33)，以將數據資料加以處理並調變，由變壓器(33)耦合至電力線(111)對外傳送二組不同調變頻率的數據訊號；其中各第一濾波器(341)為一帶通濾波器，而其帶通頻率分別係對應二組不同的接收頻率(F1)(F2)，而各第二濾波器(342)為一低通濾波器，其低通頻率係對應對應二組不同的傳送收頻率；及一數位通訊介面(35)，係供相同通訊標準的數位通訊介面連接，以收發數據資料；於本實施例中該數位通訊介面(35)為通用非同步接收發送器(UART)，亦可為非同步數據傳輸標準介面(RS-232)或通用串列匯流排(USB)等串列通訊介面，且該UART介面係直接整合於數位信號處理器(34)內。
本發明中繼裝置(30)係利用二組調變頻帶(FBA/FBB)不同的第一及第二中繼單元(31)(32)，以將其各自鄰近電力監控區(10)(10’)的各電力監控點所發出的電力線訊號之數據資料予以擷取出，再由另一組中繼單元(32)(31)接收後調變為另一頻帶後傳送至另一電力監控區的電力線(111)上；如此一來，不僅能確保數據資料傳送不因傳送距離過長而產生誤讀的問題，更能確保相鄰不同電力監控區的訊號不會相互干擾。
請同時參閱第二圖及第四圖所示，係為本發明應用於路燈(40)的電力監控裝置之電路方塊圖，其包含有：一電力狀態檢知單元(25)，係耦接至電力線(111)上，取得電力線(111)的電壓及電流狀態後輸出；一類比數位轉換單元(22)，係連接至該電力狀態檢知單 元(21)的輸出端，以轉換其類比檢知訊號為數位訊號後輸出；一處理器(23)，係連接至該類比數位轉換單元(22)的輸出端，以取得電壓及電流數值；一電力線通訊模組(24)，係連接至該處理器(23)，以取得該處理器(23)輸出電壓及電流數值，將其調變成類比訊號後載入電力線(111)中，又該電力線通訊模組(24)亦接收電力線(111)上的類比訊號，並將其中數據資料擷取出來後輸出至處理器(23)中；其中該調變頻帶係對應其所屬電力監控區對應中繼單元的調變頻帶(FBA/FBB)；於本實施例中該電力線通訊模組(24)架構與第一及第二中繼單元相同，均包含有一數位信號處理器(241)、第一濾波器(242)、一變壓器(243)、一功率放大器(244)及一第二濾波器(245)；及一保護電路(25)，係串接於電力線(111)上，其控制端係連接至該處理器(23)的輸出端，於處理器依據接收外部傳來數據資料啟閉該保護電路(25)；於本實施例中該保護電路(25)為一電力開關。
上述各路燈的電力監控裝置(20)係藉由電力狀態檢知單元(21)檢知路燈(40)的用電狀態，並透過電力通訊模組(24)對外傳送電力數據資料至電力線(111)時，若配合電力管理終端機(41)設置在其它電力監控區域(10’)，則會由鄰近路燈(40)所屬電力監控區域(10)的中繼裝置(30)加以接收，並由其中對應調變頻帶的中繼單元將其中電力數據資料擷取後由另一中繼單元調變成另一頻帶訊號後載入其它電力監控區域，最終傳送至電力管理終端機(41)。又該電力管理 終端機(41)如判斷特定路燈(40)有電力異常，則亦可透過電力線網路(11)將斷電命令數據資料調變後載入電力線(111)中，同樣透過中繼裝置(30)處理而順利將此一斷電命令傳送至對應路燈(40)的電力監控裝置(20)的處理器(23)，再由處理器(23)判繼此一斷電命令後啟動該保護電路，將路燈的電力暫時中斷。
誠如上述，本創作主要以數位方式進行電力線數據訊號之讀取，再以不同頻帶載波頻帶載入電力線中，由於數據資料經由中繼裝置的處理後，電力線網路上距離相距過遠的電力監控點均能正確地取得相互的數據資料，避免因為電力線天生雜訊干擾情況多而造成數據資料誤讀的問題；此外，本創作的中繼裝置不必串接於電力線上，故可免除變更既有電力線的耗時費力的步驟；因此，本發明能提供如路燈或電錶等電力監控點的應用。
(10)(10’)‧‧‧電力監控區域
(20)‧‧‧電力監控裝置
(21)‧‧‧電力狀態檢知單元
(22)‧‧‧類比數位轉換單元
(23)‧‧‧處理器
(24)‧‧‧電力線通訊模組
(241)‧‧‧數位信號處理器
(242)‧‧‧第一濾波器
(243)‧‧‧變壓器
(244)‧‧‧功率放大器
(245)‧‧‧第二濾波器
(25)‧‧‧保護電路
(30)‧‧‧中繼裝置
(31)‧‧‧第一中繼單元
(32)‧‧‧第二中繼單元
(33)‧‧‧變壓器
(34)‧‧‧數位信號處理器
(341)‧‧‧第一濾波器
(342)‧‧‧第二濾波器
(343)‧‧‧功率放大器
(35)‧‧‧數位通訊介面
(40)‧‧‧路燈
(41)‧‧‧電力管理終端機
第一圖：係本發明電力線網路通訊系統之系統架構圖。
第二圖：係本發明應用於路燈電力監控的系統架構圖
第三圖：係本發明中繼裝置的電路方塊圖。
第四圖：係本發明電力監控裝置的電路方塊圖。
(111)．．．電力線
(30)．．．中繼裝置
(31)．．．第一中繼單元
(32)．．．第二中繼單元
(33)．．．變壓器
(34)．．．數位信號處理器
(341)．．．第一濾波器
(342)．．．第二濾波器
(343)．．．功率放大器
(35)．．．數位通訊介面

Claims (13)

  1. 一種具數據中繼功能的電力線網路系統，包括：複數電力監控區域，複數電力監控區域係以電力線網路相互連接，又各電力監控區域包含至少一電力監控點；及至少一中繼裝置，各中繼裝置則連接於兩相鄰的電力監控區域，即與兩相鄰的電力監控區域中的各電監控裝置係透電力線相互連接；其中各中繼裝置係包含有一第一及第二中繼單元；其中上述第一中繼單元係透過電力線連接相鄰電力監控區域之其中一電力監控區域的至少一電力監控裝置，以將該至少一電力監控裝置傳送至電力線上的數據資料擷取出來後輸出，又該第一中繼單元接收第二中繼單元傳來的數據資料，經放大後以第一載波頻帶加以調變傳送至電力線上；及上述第二中繼單元係與第一中繼單元連線以收發數據資料，又該第二中繼單元透過電力線連接相鄰電力監控區域的其中一電力監控區域的至少一電力監控裝置，以將該至少一電力監控裝置傳送至電力線上的數據資料擷取出來後輸出至第一中繼單元，又該第二中繼單元接收第一中繼單元傳來的數據資料，經放大後以第二載波頻帶加以調變傳送至電力線上，該第一及第二載頻波並不相同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述具數據中繼功能的電力線網路系統，上述第一及第二載波頻帶係分別包含有二組接收頻率及二組調變頻率。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述具數據中繼功能的電力線網路系統，上述第一及第二中繼單元各包含有： 一變壓器，係耦合連接於至電力線；一數位信號處理器，其輸入端係透過一第一濾波器電連接至該變壓器，以取得電力線之外部數據訊號，又該數位信號處理器的輸出端係透過一第二濾波器及一功率放大器連接至該變壓器，以將數據資料加以處理並調變，由該變壓器耦合至電力線對外傳送；及一數位通訊介面，係供相同通訊標準的數位通訊介面連接，以收發數據資料。
  4. 如申請專利範圍第3項所述具數據中繼功能的電力線網路系統，其中：該第一中繼單元的第一濾波器為一帶通濾波器，其帶通頻帶係對應第一調變頻帶；及該第二中繼單元的第一濾波器為一帶通濾波器，其帶通頻帶係對應第二調變頻帶。
  5. 如申請專利範圍第4項所述具數據中繼功能的電力線網路系統，該數位通訊介面係直接整合於數位信號處理器內。
  6. 如申請專利範圍第5項所述具數據中繼功能的電力線網路系統，該數位通訊介面係為通用非同步接收發送器(UART)、非同步數據傳輸標準介面(RS-232)或通用串列匯流排(USB)介面。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述具數據中繼功能的電力線網路系統，各電力監控區的各路燈電力監控裝置包含有：一電力狀態檢知單元，係耦接至電力線上，取得電力 線的電壓及電流狀態後輸出；一類比數位轉換單元，係連接至該電力狀態檢知單元的輸出端，以轉換其類比檢知訊號為數位訊號後輸出；一處理器，係連接至該類比數位轉換單元的輸出端，以取得電壓及電流數值；一電力線通訊模組，係連接至該處理器，以取得該處理器輸出電壓及電流數值，將其調變成類比訊號後載入電力線中，又該電力線通訊模組亦接收電力線上的類比訊號，並將其中數據資料擷取出來後輸出至該處理器中；其中該調變頻帶係對應其所屬電力監控區對應中繼單元的調變頻帶；及一保護電路，係串接於電力線上，其控制端係連接至該處理器的輸出端，於該處理器依據接收外部傳來數據資料啟閉該保護電路。
  8. 如申請專利範圍第3項所述具數據中繼功能的電力線網路系統，各電力監控區的各路燈電力監控裝置包含有：一電力狀態檢知單元，係耦接至電力線上，取得電力線的電壓及電流狀態後輸出；一類比數位轉換單元，係連接至該電力狀態檢知單元的輸出端，以轉換其類比檢知訊號為數位訊號後輸出；一處理器，係連接至該類比數位轉換單元的輸出端，以取得電壓及電流數值；一電力線通訊模組，係連接至該處理器，以取得該處理器輸出電壓及電流數值，將其調變成類比訊號後載入電力線中，又該電力線通訊模組亦接收電力線上的類比訊 號，並將其中數據資料擷取出來後輸出至該處理器中；其中該調變頻帶係對應其所屬電力監控區對應中繼單元的調變頻帶；及一保護電路，係串接於電力線上，其控制端係連接至該處理器的輸出端，於該處理器依據接收外部傳來數據資料啟閉該保護電路。
  9. 如申請專利範圍第4項所述具數據中繼功能的電力線網路系統，各電力監控區的各路燈電力監控裝置包含有：一電力狀態檢知單元，係耦接至電力線上，取得電力線的電壓及電流狀態後輸出；一類比數位轉換單元，係連接至該電力狀態檢知單元的輸出端，以轉換其類比檢知訊號為數位訊號後輸出；一處理器，係連接至該類比數位轉換單元的輸出端，以取得電壓及電流數值；一電力線通訊模組，係連接至該處理器，以取得該處理器輸出電壓及電流數值，將其調變成類比訊號後載入電力線中，又該電力線通訊模組亦接收電力線上的類比訊號，並將其中數據資料擷取出來後輸出至該處理器中；其中該調變頻帶係對應其所屬電力監控區對應中繼單元的調變頻帶；及一保護電路，係串接於電力線上，其控制端係連接至該處理器的輸出端，於該處理器依據接收外部傳來數據資料啟閉該保護電路。
  10. 如申請專利範圍第5項所述具數據中繼功能的電力線網路系統，各電力監控區的各路燈電力監控裝置包含 有：一電力狀態檢知單元，係耦接至電力線上，取得電力線的電壓及電流狀態後輸出；一類比數位轉換單元，係連接至該電力狀態檢知單元的輸出端，以轉換其類比檢知訊號為數位訊號後輸出；一處理器，係連接至該類比數位轉換單元的輸出端，以取得電壓及電流數值；一電力線通訊模組，係連接至該處理器，以取得該處理器輸出電壓及電流數值，將其調變成類比訊號後載入電力線中，又該電力線通訊模組亦接收電力線上的類比訊號，並將其中數據資料擷取出來後輸出至該處理器中；其中該調變頻帶係對應其所屬電力監控區對應中繼單元的調變頻帶；及一保護電路，係串接於電力線上，其控制端係連接至該處理器的輸出端，於該處理器依據接收外部傳來數據資料啟閉該保護電路。
  11. 如申請專利範圍第6項所述具數據中繼功能的電力線網路系統，該保護電路係為一電力開關。
  12. 如申請專利範圍第6項所述具數據中繼功能的電力線網路系統，其中第一載波頻帶係為60-90kHz，而第二載波頻帶係為110-140kHz。
  13. 如申請專利範圍第12項所述具數據中繼功能的電力線網路系統，其中：該第一載波頻帶的二接收頻率為60及70kHz，而二組調變頻率分別為80及90kHz； 該第二載波頻帶的二接收頻率為110及120kHz，而二組調變頻率分別為130及140kHz。
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